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摘 要：选取溶解氧（DO）、高锰酸盐指数（CODMn）、5d生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、总氮（TN）、总磷（TP）6项具有代表性的水质监测指标，应用单因子水质标识指数法对巢湖流域的10条河流12个断面的水质分，丰、平、枯3个水期进行评价。结果表明：各断面受TN、TP的影响最大，受DO的影响最小；各指标在丰水期最大、枯水期最小；断面1#、2#、3#、6#、11#和12#属于劣Ⅴ类水质，断面4#、5#、7#、8#、9#和10#属于Ⅴ类水质。
关键词：巢湖流域；断面；单因子水质标识指数
中图分类号 X824 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）10-0116-05
Application of Single Factor Water Quality Identification Index Method for Water Quality Assessment of Chaohu Lake Basin
Zhang Hui1 et al.
（1Environmental Monitoring Station，Chaohu Bureau，Chaohu 238000，China）
Abstract：In this paper，DO，CODMn，BOD5，NH3-N，TN and TP were selected as representative for the water quality monitoring indicators，single-factor water quality identification index method was used to evaluate the water quality of the 12 cross sections of 10 rivers in the Chaohu lake basin in three water periods.Results showed that：TN and TP have the greatest impact on each section，and DO is the least affected.The indicators are the largest in the wet season and the lowest in the dry season.Sections 1#，2#，3#，6#，11#，and 12# are inferior grade V water quality，sections 4#，5#，7#，8#，9# and 10# belong to category V water quality.
Key words：Chaohu lake Basin；Section；Single factor water quality identification index
巢湖位于長江水系的下游，湖水主要靠地表径流补给，流域面积为12938km2，其中巢湖闸以上9130km2，闸以下3808km2，集水范围包括合肥、巢湖、肥东、肥西、庐江、舒城、无为等两市五县，灌溉面积达26.67万hm2。沿湖共有河流35条，入湖河流呈向心状分布，河流源近流短，区内地势起伏不平。巢湖水系分布很不对称，杭埠河、白石天河、派河、南淝河、烔炀河、柘皋河等主要河流全来自西部及北部的山地，其中以杭埠河、白石天河、南淝河为巢湖水系的主流，约占整个巢湖流域面积的70%；南部的河流更短，水量也小，有石山河、谷盛河、兆河、十字河、高林河等。巢湖水系之水从南、西、北三面汇入湖内，然后在巢湖市城关出湖，经裕溪河东南流至裕溪口注入长江。
近年来，随着城市化进程的加快，越来越多的污染物被排放进河流湖泊中去，使水质恶化并引发日益严峻的环境污染问题[1-2]。巢湖作为我国五大淡水湖泊中污染最为严重的湖泊之一[3]，其水质恶化逐渐引起人们的关注。本研究根据2017年巢湖流域河流环境质量监测数据，选择溶解氧（DO）、高锰酸盐指数（CODMn）、5d生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、总氮（TN）和总磷（TP）6项指标，应用单因子水质标识指数法[4]评价巢湖流域河流的水质状况，分析出流域内水质的达标情况，并依据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）判别所选择的每项监测指标的水质类别以及超出水环境功能区划类别的程度，指出影响河流水质的主要因子，为针对性地改善流域内水质提供一定的理论依据。
1 评价方法与标准
1.1 单因子水质标识指数法
1.1.1 单因子水质标识指数Pi Pi由1位整数、小数点后2位或3位有效数字组成，公式为：
Pi=x1.x2x3
式中，x1表示第i项水质指标的水质类别；x2表示监测数据在第x1类水质变化区间中所处位置，根据公式按四舍五入的原则计算确定；x3代表水质类别与功能区划设定类别的比较结果（表示评价指标的污染程度，x3为1位或2位有效数字）。
1.1.2 x1.x2的计算方法 当水质介于Ⅰ类水和Ⅴ类水之间时，对于一般指标（除DO、pH值、水温等外）
x1.x2=k+（Ci-C标下）/（C标上-C标下）
对于DO，则x1.x2按下式计算：
x1.x2=k+1-（Ci-C标下）/（C标上-C标下）
式中，Ci：第i项指标的实测浓度；C标上：第i项指标在k类水质标准区间的上限值；C标下：第i项指标在k 类水质标准区间的下限值；k=1、2、3、4、5，根据监测数据与国家标准比较确定。
当水质劣于或等于Ⅴ类水时，对于一般指标（除DO、p值、水温等外）
x1.x2=6+（Ci-CⅤ类标上）/CⅤ类标上 对于DO，则有x1.x2=6+（CⅤ类标上-Ci）/CⅤ类标下
1.1.3 x3的确定 计算公式为：
x3=x1-f
式中，f：水环境功能区类别，当x3>9时，f取最大值9。
1.1.4 评价标准依据 依据《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）等级划分标准，并按照巢湖地表水源地Ⅲ类标准进行评价。
2 评价断面和评价指标
根据多年来巢湖流域水质调查[5]，本文选取溶解氧（DO）、高锰酸盐指数（CODMn）、5d生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、总氮（TN）、总磷（TP）等6项具有代表性的水质监测指标，对该流域的10条河流12个断面的水质分丰、平、枯3个水期进行评价分析。选取2017年全年巢湖出入湖河流监测数据，将数据作均值计算并统计，见表1。
3 评价结果
3.1 单因子水质标识指数结果讨论 根据单因子水质标识指数法计算得出巢湖流域12个断面6项监测指标的Pi值，结果见表2。从表2可以看出，以溶解氧DO为例，断面1#（施口）的丰水期和平水期、断面2#的平水期和断面3#（肥西化肥厂下）的丰水期的x3值为1，说明溶解氧超过水环境功能划分的1个类别，其余断面在丰、平、枯3个水期的x3值均为0，表明溶解氧均达到了水环境功能划分的要求；断面1#3个水期高锰酸盐指数（CODMn）都劣于水环境功能划分1个类别；断面1#丰水期的5d生化需氧量（BOD5）超过了水功能区划2个类别，断面1#的平、枯水期与断面2#、3#的3个水期的BOD5 劣于水功能区1个类别，其余断面的BOD5均达到水环境功能区划的要求；断面1#、2#、3#的氨氮超过水功能区划分至少3个类别；而从TN、TP两列数据中看出，全部断面的Pi值中x1是4～10，x3均不为0，反映出全部断面在丰、平、枯水期的TN、TP指标都要劣于水环境功能区类别。通过Pi值的对比不难发现，x1表示第i项水质指标的水质类别，Pi值越大，也就说明该水质指标超过了水功能划分的类别程度越大，该指标将有超标的风险，x3更为直观地显示出超出水功能划分几个类别。总体上，各断面受TN、TP的影响最大，氨氮、BOD5、CODMn次之，受DO的影响最小；各指标在丰水期最大、枯水期最小。
3.2 断面指标劣于功能区水质类别情况统计 图1反映的是巢湖流域12个断面关于溶解氧、高锰酸盐指数、生化需氧量、氨氮、总氮和总磷这6项指标达标情况的统计。从图1可以看出，12个断面水质中溶解氧全部达到水环境功能区划类别，而CODMn、BOD5、NH3-N达标率分别为66.67%、75%、66.67%；各断面的TN和TP两项指标均没有达标，其中TN劣于水功能区划类别达到1、2、3、5、6个类别分别占了25%、25%、25%、8.33%和16.67%，TP劣于水功能区划类别达到1、2、3、4个类别分别占有16.67%、58.33%、8.33%、16.67%。由此可见，巢湖流域水质受到溶解氧DO的影响最小，受到TN和TP的影响最大，各断面均不同程度地劣于该流域水环境功能区划类别数个类别，如不引起足够的重视，采取相应的治理措施，将会面临更为严重的水体富营养化问题。
3.3 各断面单因子评价结果讨论 2017年全年不同断面的单因子评价结果如表3所示。由表3可知，断面1#、2#、3#、6#、11#和12#属于劣Ⅴ类水质，断面4#、5#、7#、8#、9#和10#属于Ⅴ类水质。尽管单因子水质标识指数评价方法是以所有指标中污染程度最高的一项作为评价结果，有评价标准过于严格，并且只能表示出巢湖流域水质类别这些不足，但是该方法能够反映水质是否超标以及超过水环境功能区划几个类别，即使水质达标，也能够分析达标水质距离其超标的程度，能反映出水环境的真实状况[6]。
4 结论
应用单因子水质标识指数法对巢湖流域代表性断面进行了2017年度的水质评价，评价结果表明：2017年巢湖流域各断面水质受溶解氧影响最小，受TN和TP影响最大，各指标在丰水期最大，枯水期最小，各断面均不同程度地劣于该流域水环境功能区划类别数个类别，有面临水体富营养化的风险，因此必须引起足够的重视并采取相应的治理措施，改善水质。
参考文献
[1]徐青，吴怡，廖梦霞，等.水环境中氮磷形态分析方法研究进展[J].岩矿测试，2008，27（2）：137-140.
[2]毕胜.河流与浅水湖泊水流数值模拟及污染物输运规律研究[D].武汉：华中科技大学，2014.
[3]阎伍玖，鲍祥.巢湖流域农业活动与非点源污染的初步研究[J].水土保持学报，2001，15（4）：129-132.
[4]徐祖信.我国河流单因子水质标识指数评价方法研究[J].同济大学学报（自然科学版），2005，33（3）：321-325.
[5]朱余，王凤.巢湖流域水质状况与环境目标可达性分析[J].环境监测管理与技术，2004，16（6）：22-23.
[6]孙伟光，邢佳，马云，等.单因子水质标识指数评价方法在某流域水质評价中的应用[J].环境科学与管理，2010，35（11）：181-184.
（责编：张宏民）
关键词：巢湖流域；断面；单因子水质标识指数
中图分类号 X824 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）10-0116-05
Application of Single Factor Water Quality Identification Index Method for Water Quality Assessment of Chaohu Lake Basin
Zhang Hui1 et al.
（1Environmental Monitoring Station，Chaohu Bureau，Chaohu 238000，China）
Abstract：In this paper，DO，CODMn，BOD5，NH3-N，TN and TP were selected as representative for the water quality monitoring indicators，single-factor water quality identification index method was used to evaluate the water quality of the 12 cross sections of 10 rivers in the Chaohu lake basin in three water periods.Results showed that：TN and TP have the greatest impact on each section，and DO is the least affected.The indicators are the largest in the wet season and the lowest in the dry season.Sections 1#，2#，3#，6#，11#，and 12# are inferior grade V water quality，sections 4#，5#，7#，8#，9# and 10# belong to category V water quality.
Key words：Chaohu lake Basin；Section；Single factor water quality identification index
巢湖位于長江水系的下游，湖水主要靠地表径流补给，流域面积为12938km2，其中巢湖闸以上9130km2，闸以下3808km2，集水范围包括合肥、巢湖、肥东、肥西、庐江、舒城、无为等两市五县，灌溉面积达26.67万hm2。沿湖共有河流35条，入湖河流呈向心状分布，河流源近流短，区内地势起伏不平。巢湖水系分布很不对称，杭埠河、白石天河、派河、南淝河、烔炀河、柘皋河等主要河流全来自西部及北部的山地，其中以杭埠河、白石天河、南淝河为巢湖水系的主流，约占整个巢湖流域面积的70%；南部的河流更短，水量也小，有石山河、谷盛河、兆河、十字河、高林河等。巢湖水系之水从南、西、北三面汇入湖内，然后在巢湖市城关出湖，经裕溪河东南流至裕溪口注入长江。
近年来，随着城市化进程的加快，越来越多的污染物被排放进河流湖泊中去，使水质恶化并引发日益严峻的环境污染问题[1-2]。巢湖作为我国五大淡水湖泊中污染最为严重的湖泊之一[3]，其水质恶化逐渐引起人们的关注。本研究根据2017年巢湖流域河流环境质量监测数据，选择溶解氧（DO）、高锰酸盐指数（CODMn）、5d生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、总氮（TN）和总磷（TP）6项指标，应用单因子水质标识指数法[4]评价巢湖流域河流的水质状况，分析出流域内水质的达标情况，并依据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）判别所选择的每项监测指标的水质类别以及超出水环境功能区划类别的程度，指出影响河流水质的主要因子，为针对性地改善流域内水质提供一定的理论依据。
1 评价方法与标准
1.1 单因子水质标识指数法
1.1.1 单因子水质标识指数Pi Pi由1位整数、小数点后2位或3位有效数字组成，公式为：
Pi=x1.x2x3
式中，x1表示第i项水质指标的水质类别；x2表示监测数据在第x1类水质变化区间中所处位置，根据公式按四舍五入的原则计算确定；x3代表水质类别与功能区划设定类别的比较结果（表示评价指标的污染程度，x3为1位或2位有效数字）。
1.1.2 x1.x2的计算方法 当水质介于Ⅰ类水和Ⅴ类水之间时，对于一般指标（除DO、pH值、水温等外）
x1.x2=k+（Ci-C标下）/（C标上-C标下）
对于DO，则x1.x2按下式计算：
x1.x2=k+1-（Ci-C标下）/（C标上-C标下）
式中，Ci：第i项指标的实测浓度；C标上：第i项指标在k类水质标准区间的上限值；C标下：第i项指标在k 类水质标准区间的下限值；k=1、2、3、4、5，根据监测数据与国家标准比较确定。
当水质劣于或等于Ⅴ类水时，对于一般指标（除DO、p值、水温等外）
x1.x2=6+（Ci-CⅤ类标上）/CⅤ类标上 对于DO，则有x1.x2=6+（CⅤ类标上-Ci）/CⅤ类标下
1.1.3 x3的确定 计算公式为：
x3=x1-f
式中，f：水环境功能区类别，当x3>9时，f取最大值9。
1.1.4 评价标准依据 依据《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）等级划分标准，并按照巢湖地表水源地Ⅲ类标准进行评价。
2 评价断面和评价指标
根据多年来巢湖流域水质调查[5]，本文选取溶解氧（DO）、高锰酸盐指数（CODMn）、5d生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、总氮（TN）、总磷（TP）等6项具有代表性的水质监测指标，对该流域的10条河流12个断面的水质分丰、平、枯3个水期进行评价分析。选取2017年全年巢湖出入湖河流监测数据，将数据作均值计算并统计，见表1。
3 评价结果
3.1 单因子水质标识指数结果讨论 根据单因子水质标识指数法计算得出巢湖流域12个断面6项监测指标的Pi值，结果见表2。从表2可以看出，以溶解氧DO为例，断面1#（施口）的丰水期和平水期、断面2#的平水期和断面3#（肥西化肥厂下）的丰水期的x3值为1，说明溶解氧超过水环境功能划分的1个类别，其余断面在丰、平、枯3个水期的x3值均为0，表明溶解氧均达到了水环境功能划分的要求；断面1#3个水期高锰酸盐指数（CODMn）都劣于水环境功能划分1个类别；断面1#丰水期的5d生化需氧量（BOD5）超过了水功能区划2个类别，断面1#的平、枯水期与断面2#、3#的3个水期的BOD5 劣于水功能区1个类别，其余断面的BOD5均达到水环境功能区划的要求；断面1#、2#、3#的氨氮超过水功能区划分至少3个类别；而从TN、TP两列数据中看出，全部断面的Pi值中x1是4～10，x3均不为0，反映出全部断面在丰、平、枯水期的TN、TP指标都要劣于水环境功能区类别。通过Pi值的对比不难发现，x1表示第i项水质指标的水质类别，Pi值越大，也就说明该水质指标超过了水功能划分的类别程度越大，该指标将有超标的风险，x3更为直观地显示出超出水功能划分几个类别。总体上，各断面受TN、TP的影响最大，氨氮、BOD5、CODMn次之，受DO的影响最小；各指标在丰水期最大、枯水期最小。
3.2 断面指标劣于功能区水质类别情况统计 图1反映的是巢湖流域12个断面关于溶解氧、高锰酸盐指数、生化需氧量、氨氮、总氮和总磷这6项指标达标情况的统计。从图1可以看出，12个断面水质中溶解氧全部达到水环境功能区划类别，而CODMn、BOD5、NH3-N达标率分别为66.67%、75%、66.67%；各断面的TN和TP两项指标均没有达标，其中TN劣于水功能区划类别达到1、2、3、5、6个类别分别占了25%、25%、25%、8.33%和16.67%，TP劣于水功能区划类别达到1、2、3、4个类别分别占有16.67%、58.33%、8.33%、16.67%。由此可见，巢湖流域水质受到溶解氧DO的影响最小，受到TN和TP的影响最大，各断面均不同程度地劣于该流域水环境功能区划类别数个类别，如不引起足够的重视，采取相应的治理措施，将会面临更为严重的水体富营养化问题。
3.3 各断面单因子评价结果讨论 2017年全年不同断面的单因子评价结果如表3所示。由表3可知，断面1#、2#、3#、6#、11#和12#属于劣Ⅴ类水质，断面4#、5#、7#、8#、9#和10#属于Ⅴ类水质。尽管单因子水质标识指数评价方法是以所有指标中污染程度最高的一项作为评价结果，有评价标准过于严格，并且只能表示出巢湖流域水质类别这些不足，但是该方法能够反映水质是否超标以及超过水环境功能区划几个类别，即使水质达标，也能够分析达标水质距离其超标的程度，能反映出水环境的真实状况[6]。
4 结论
应用单因子水质标识指数法对巢湖流域代表性断面进行了2017年度的水质评价，评价结果表明：2017年巢湖流域各断面水质受溶解氧影响最小，受TN和TP影响最大，各指标在丰水期最大，枯水期最小，各断面均不同程度地劣于该流域水环境功能区划类别数个类别，有面临水体富营养化的风险，因此必须引起足够的重视并采取相应的治理措施，改善水质。
参考文献
[1]徐青，吴怡，廖梦霞，等.水环境中氮磷形态分析方法研究进展[J].岩矿测试，2008，27（2）：137-140.
[2]毕胜.河流与浅水湖泊水流数值模拟及污染物输运规律研究[D].武汉：华中科技大学，2014.
[3]阎伍玖，鲍祥.巢湖流域农业活动与非点源污染的初步研究[J].水土保持学报，2001，15（4）：129-132.
[4]徐祖信.我国河流单因子水质标识指数评价方法研究[J].同济大学学报（自然科学版），2005，33（3）：321-325.
[5]朱余，王凤.巢湖流域水质状况与环境目标可达性分析[J].环境监测管理与技术，2004，16（6）：22-23.
[6]孙伟光，邢佳，马云，等.单因子水质标识指数评价方法在某流域水质評价中的应用[J].环境科学与管理，2010，35（11）：181-184.
（责编：张宏民）